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基于PBM模型的振动环境中管内冰浆流动特性研究
| 论文题名： | 基于PBM模型的振动环境中管内冰浆流动特性研究 |
| 关键词： | 船舶海水系统管路;振动作用;冰浆流体;流动特性 |
| 摘要： | 极地船舶在破冰船开辟的航道上航行过程中，船舶因动力装置运行、与冰层间的碰撞、流体脉冲等原因，会产生不同程度的振动并传递至海水系统管路，使管内流场发生变化。同时船舶海水系统极易进入由海水和冰晶组成的海水冰晶流体，冰晶颗粒在管道内流动时会发生动力学行为如：聚集、破碎、生长、成核。动力学行为会影响冰晶在管内的粒径分布，而粒径会使海水冰浆流体流动特性发生改变，在流经外循环的换热系统时，粒径的换热性能还会发生改变。 本文针对船舶海水系统中常见的水平-水平(H-H)弯管和变径管作为物理模型，将管道壁面的振动过程简化为正弦函数振动，基于颗粒动力学理论，添加数群平衡模型（PBM），建立CFD-PBM耦合模型。利用UDF动网格技术加载不同振动工况，将编译好的冰晶聚集模型、破碎模型UDF程序载入到Fluent软件中，研究振动条件下管内海水冰浆流体流动特性，得到主要结论如下： 1）在实验室搭建海水冰晶流动实验台，通过实验测量不同振动工况下的管内压降与数值模拟仿真结果对比，最大误差不超过15%，在误差允许范围内，压降的变化趋势一致，验证了振动模型的有效性。 2）冰晶在管内流动时，流动速度方向不变，冰晶聚集相应大于破碎效应，冰晶粒径增大。变径管中，管径减小、壁面冰晶流动方向改变，粒径逐渐减小，尤其是速度变化初期，粒径减小速率较大。冰浆初始速度和IPF增加时，冰晶粒径逐渐增加，管径较小时（弯管管径为25mm），IFP对粒径的影响程度比速度明显，振幅和振动频率对壁面处冰晶的粒径影响显著，最大粒径随着振动频率和振幅的增加而减小。水平-水平(H-H)弯管纵向振动对比横向振动管内冰晶粒径较大，重力方向与流动方向垂直和平行时，近壁面处粒径差异较大。 3）振幅和频率对管内速度影响规律相反，速度与振幅呈正比，与频率呈反比。同时振幅增加，管内冰晶均匀性越大。 4）变径管中，随着流动距离增加，管内流体速度分布逐渐不对称，速度增加时，速度最大值向中心轴线靠拢。变径段出口（X=102mm）处主流区冰浆速度较近壁面下降幅度增加，不同管型对该截面处的速度分布亦有明显区别，同时管型不同，粒径分布的区别在近壁面粒径最大值不同。 |
| 作者： | 布关印 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 李捷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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